JPH04225611A - 広ダイナミックレンジ受光回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光中継器等に用いら
れる広ダイナミックレンジ受光回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から用いられる広ダイナミックレン
ジ受光回路を一般的な構成を図４に示して説明するに、
１は受光素子であり、例えばＰＩＮフォトダイオード等
が用いられる。２はトランジスタであり、この例では電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いている。３は帰還
抵抗（抵抗値ＲＦ）、４はドレインバイアス抵抗（抵抗
値ＲＬ）である。５，６はそれぞれＦＥＴのゲートにバ
イアス電圧を与える抵抗（抵抗値ＲＡ，ＲＢ）、７はバ
イパスコンデンサである。ＶＤＤ，ＶＳＳはそれぞれ正
極性、負極性電圧源、ＶＰＤはフォトダイオード用電圧
源である。抵抗５，６の抵抗値ＲＡ，ＲＢは、通常、ト
ランジスタ２の出力側の電位が２〜３Ｖとなるような値
に選定される。

【０００３】上記回路の利得周波数特性を図５に示す。 平坦な領域での利得は、 　　　　ＧＦ＝ＲＦ／［１＋｛１／（ｇｍＲＬ）｝］　
　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）で与えら
れる。但し、ｇｍはＦＥＴ２の相互コンダクタンスであ
る。一方、直流での利得は、 　　　　ＧＤ＝（ＲＦ＋ＲＡ）／［１＋｛１／（ｇｍＲ
Ｌ）｝］　　　　　　　　…（２）となり、（１）式に
比べてＲＡ分だけ大きくなる。この場合、受光レベルが
大きいと、受光素子１に生じる受光電流の直流分ｉＤＣ
のため、トランジスタ２の出力側の電位はＧＤ×ｉＤＣ
だけ低下してしまう。例えば、図６（ａ）に示す信号を
入力した場合、出力波形は図６（ｂ）に示すようにパル
ス幅が入力波形のパルス幅より狭くなり、デューティ比
が変化してしまう。

【０００４】ところで、近年盛んに開発が進められてい
る光加入者系では、各種伝送距離に対応できる広ダイナ
ミックレンジ光受信器への要望が高まっている。これに
応えるためには、上記のような従来の受光回路は高受光
側での波形歪の発生を抑える必要がある。

【０００５】この歪の発生を防ぐために、図７に示すよ
うに、受光素子１とトランジスタ２の間をカップリング
コンデンサ８で容量結合とし、受光電流の直流分ｉＤＣ
を抵抗９に流し、トランジスタ２には交流分ｉＡＣのみ
が入力されるようにすることが考えられる。しかしなが
ら、抵抗９で発生する熱雑音による受光感度の劣化が問
題となる。また、抵抗９、コンデンサ８の寄生容量によ
る帯域幅の劣化も問題となるため、やはり図４に示すよ
うに受光素子１とトランジスタ２は直結とすることが望
ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の広ダイナミックレンジ受光回路では、受光電流の直
流分のために、入力トランジスタの出力側の電位が変動
し、受光レベルが高い場合に出力波形に歪が生じるとい
う欠点があった。

【０００７】この発明は上記欠点を除去すべくなされた
もので、最小受光レベルを劣化させることなく、高受光
レベルでの歪発生を抑えることのできる広ダイナミック
レンジ受光回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、信号光を受けて電流信号に変換する受光
素子と、この受光素子で光電変換された信号を増幅する
トランジスタ回路と、このトランジスタ回路の出力側と
入力側の間に介在される帰還回路とを有する広ダイナミ
ックレンジ受光回路において、前記帰還回路を抵抗及び
ダイオードの直列回路で形成したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記の構成による広ダイナミックレンジ受光回
路では、ダイオードの非線形性を利用し、受光電流が大
きい場合でも、トランジスタ回路の出力側の電位変動を
抑制して波形歪の発生を防止する。ダイオードの追加に
よる最小受光レベルの劣化はないので、従来より広ダイ
ナミックレンジ化を実現できる。

【００１０】

【実施例】以下、図１乃至図３を参照してこの発明の一
実施例を説明する。但し、図１において図４と同一部分
には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分を中心
に説明する。

【００１１】図１はこの発明に係る広ダイナミックレン
ジ受光回路の構成を示すもので、１は受光素子であり、
例えばＰＩＮフォトダイオードが用いられる。受光素子
１で受光された図中破線矢印で示す信号光は電気信号に
変換され、電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴ）２に入
力され、増幅される。３は帰還抵抗であり、Ｎ個（Ｎは
自然数）のダイオード１０と直列に接続され、帰還回路
を形成している。ダイオード１０としては、例えば接合
型シリコンダイオードが用いられる。４はＦＥＴ２のド
レインバイアス抵抗、６はＦＥＴのゲートバイアス抵抗
である。

【００１２】上記ＦＥＴ２の出力側、すなわちドレイン
の電位の変動について考察する。図１の構成では、受光
電流ｉＰとダイオード１０を流れる帰還電流ｉＡの和は
一定で、抵抗６を流れる電流ｉＢに等しくなる。受光素
子１に光入力があった場合、受光電流によりダイオード
１０を流れる帰還電流ｉＡは減少する。

【００１３】すなわち、図４に示した従来回路ではダイ
オード１０の代わりに抵抗５を用いていたが、受光電流
が増大した分、抵抗５に流れる電流が減少するため、当
該抵抗５での電圧降下が減少し、ＦＥＴ２の出力側の電
位が低下する。一方、図１のこの発明に係る回路では、
ダイオード１０を用いているため、帰還電流ｉＡが減少
しても、ダイオード１０の両端の電圧はほぼ一定に保た
れる。したがって、ＦＥＴ２の出力側の電位低下が抑圧
される。

【００１４】この関係を図２に示す。図２において、横
軸はダイオード１０または従来回路の抵抗５を流れる電
流、縦軸はこれらの両端の電圧であり、実線はダイオー
ド１０の場合、点線は抵抗５の場合を示している。同図
から明らかなように、受光レベルが増大すると、ダイオ
ード１０または抵抗５を流れる電流はいずれも減少する
が、抵抗５を用いた場合は受光レベルが大きくなるに従
って両端の電圧は直線的に低下するのに対し、ダイオー
ド１０を用いた場合は両端の電圧の低下は少ない。この
ため、図６（ａ）に示すような信号を入力した場合、図
６（ｃ）に示すように出力波形は上下ほぼ対称となり、
デューティ比が一定となる。

【００１５】したがって、上記構成による受光回路は、
高受光レベルでのＦＥＴ２の出力側の電位低下による歪
発生が抑えられるので、従来よりも高い受光レベルまで
使用可能となる。一方、ダイオード１０の追加による最
小受光レベルの劣化はないので、従来より広ダイナミッ
クレンジの受光回路が実現可能となる。

【００１６】尚、上記実施例では、ダイオード１０が接
合型シリコンダイオードであるものとして説明したが、
図３に示すように、ツェナーダイオード１１を用いても
実質的に同様の効果を得ることができる。図３において
、図１と同一部分には同一符号を付して、その説明を省
略する。

【００１７】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
最小受光レベルを劣化させることなく、高受光レベルで
の歪発生を抑えることのできる広ダイナミックレンジ受
光回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　この発明の一実施例に係る広ダイナミック
レンジ受光回路の構成を示す回路図。

【図２】　　図１、図４の各受光回路に用いられるダイ
オード、抵抗の受光レベルと両端電圧との関係を示す特
性図。

【図３】　　この発明に係る他の実施例を示す回路図。

【図４】　　従来の受光回路の構成を示す回路図。

【図５】　　図４の回路の利得周波数特性を示す特性図
。

【図６】　　図４、図１の入力波形に対する出力波形を
示す波形図。

【図７】　　従来の広ダイナミックレンジ受光回路の構
成を示す回路図。

【符号の説明】

１…受光素子、２…トランジスタ（ＦＥＴ）、３…帰還
抵抗、４…ドレインバイアス抵抗、５…抵抗、６…ゲー
トバイアス抵抗、７…バイパスコンデンサ、８…カップ
リングコンテンサ、９…コンデンサ、１０…ダイオード
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　信号光を受けて電流信号に変換する受
   光素子と、この受光素子で光電変換された信号を増幅す
   るトランジスタ回路と、このトランジスタ回路の出力側
   と入力側の間に介在される帰還回路とを有する広ダイナ
   ミックレンジ受光回路において、前記帰還回路を抵抗及
   びダイオードの直列回路で形成したことを特徴とする広
   ダイナミックレンジ受光回路。
2. 【請求項２】　　前記ダイオードは接合型シリコンダイ
   オードであることを特徴とする請求項１記載の広ダイナ
   ミックレンジ受光回路。
3. 【請求項３】　　前記ダイオードはツェナーダイオード
   であることを特徴とする請求項１記載の広ダイナミック
   レンジ受光回路。